Fils du violoniste Luben Yordanoff, Wladimir Yordanoff est l'élève d'Antoine Vitez au Conservatoire. Il mène par la suite une brillante carrière sur les planches, travaillant avec les plus grands metteurs en scène de théâtre, tels que Roger Planchon, Patrice Chéreau ou Bernard Sobel. Aperçu dans la série Les Dames de la côte, il fait ses débuts au cinéma en 1981 dans Un dimanche de flic de Michel Vianey. On le retrouve ensuite chez des cinéastes exigeants comme Margarethe von Trotta (L'Amie, 1982), Andrzej Wajda (Danton, Les Possédés), Andrzej Zulawski (L' Amour braque, 1985) ou encore Robert Altman (il est Gauguin dans Vincent et Théo en 1991).

Mais c'est encore grâce au théâtre que Wladimir Yordanoff accède à la célébrité : il est Philippe, un cadre sup qui fait la fierté de sa mère, dans Un air de famille, la pièce à succès de Jaoui et Bacri en 1994, puis dans l'adaptation cinématographique que signera Klapisch en 1996. Devenue réalisatrice, Jaoui confie à Yordanoff un rôle d'homo snob dans sa comédie de caractères Le Goût des autres en 1999. Sa carrière sur grand écran véritablement lancée, il incarne un président de club de football dans 3 zéros (2002), un patron sans scrupule dans Léo en jouant "Dans la compagnie des hommes" (2004) de Desplechin ou encore un écrivain mondain, séduit par Judith Godrèche, dans Tu vas rire mais je te quitte (2005) de Philippe Harel.

Wladimir Yordanoff continue de balader son physique imposant et bonhomme dans bon nombre de comédies comme Je vous trouve très beau (2006), Enfin veuve (2008), toutes deux mises en scène par Isabelle Mergault, Essaye-moi (2006), la première réalisation de Pierre-François Martin-Laval, Prête-moi ta main (2006) ou encore Une petite zone de turbulences (2010). Mais cette prestance comique ne l'empêche pas de jouer des rôles plus graves dans le drame Mon colonel (2006), où il campe un chef d'état major et le thriller L'Empreinte de l'ange (2008). Alors que sa carrière au cinéma se déroule sous les meilleures auspices, il n'oublie pas d'arpenter les planches de théâtre et de tourner pour la télévision dans de nombreux téléfilms (Bienvenue aux Edelweiss, Sauvons les apparences!, La Fonte des neiges ...).

A l'automne 2011, il est au générique de deux films : Présumé coupable, drame inspiré de l'affaire Outreau, dans lequel il défend corps et âme Philippe Torreton, et Polisse de Maïwenn, prix du Jury au Festival de Cannes 2011. Le comédien continue en parallèle à se consacrer à la scène et multiplie les rôles dans des pièces des théâtre (il décroche le Molière du comédien dans un spectacle de théâtre privé pour Qui a peur de Virginia Woolf ?). Il est de ce fait moins présent sur grand écran. En 2013, il est l'une des têtes d'affiche du film choral Amitiés sincères (2013) de Stephan Archinard et François Prévôt-Leygonie, aux côtés de Gérard Lanvin et Jean-Hugues Anglade, puis Boomerang (2015) de François Favrat. A l'automne 2019, il était au casting de J'accuse de Roman Polanski, dans le rôle du Général Mercier. Son dernier rôle est dans OSS 117: Alerte rouge en Afrique noire, réalisé par Nicolas Bedos, où il succédait à Pierre Bellemare, Le film sortira de façon posthume, en février 2021.